【前言】開始學(xué)習(xí)ARM的時候，基本上都要從裸機(jī)編程開始。為了減低入門的門檻，很多時候只要修改模板里的主函數(shù)main.c，可是，久而久之，就會產(chǎn)生些疑問，問什么下載了這些C代碼編譯鏈接生成出來的BIN就能在ARM上跑了呢？原因就在于，有幾個文件已經(jīng)不聲不響的幫我們提前干了很多的事，而這些事C語言是干不了的，只能由匯編完成，美其名曰：ARM匯編引導(dǎo)代碼。其實(shí)不光“裸奔”需要，Boot Loader也同樣需要。那么到底這些匯編幫我干了些什么呢？筆者就結(jié)合S3C2440的Boot Loader引導(dǎo)代碼簡單分析整理下。

【一】變量及相關(guān)宏定義

開始首先用GET（相當(dāng)于C語言里的#include）偽指令包含進(jìn)來了三個頭文件option.inc、memcfg.inc、2440addr.inc，其中option.inc里定義芯片相關(guān)的配置，memcfg.inc里定義存儲器配置，2440addr.inc里定義了寄存器符號。

USERMODE    EQU 0x10

FIQMODE      EQU0x11

IRQMODE      EQU0x12

SVCMODE      EQU0x13

ABORTMODE   EQU 0x17

UNDEFMODE   EQU 0x1b

MODEMASK    EQU 0x1f 

NOINT         EQU0xc0

上面的幾行進(jìn)行了一些處理器模式的定義，下面定義了一些各模式下的常量，等到了【四】這一塊再詳細(xì)說。

UserStack   EQU(_STACK_BASEADDRESS-0x3800);0x33ff4800 ~  

SVCStack    EQU(_STACK_BASEADDRESS-0x2800);0x33ff5800 ~

UndefStack  EQU (_STACK_BASEADDRESS-0x2400);0x33ff5c00 ~

AbortStack  EQU (_STACK_BASEADDRESS-0x2000);0x33ff6000 ~

IRQStack    EQU(_STACK_BASEADDRESS-0x1000);0x33ff7000 ~

FIQStack    EQU(_STACK_BASEADDRESS-0x0);0x33ff8000 ~

注：_STACK_BASEADDRESS在option.inc中有相關(guān)定義

接下來的定義要到最后才能用到，THUMBCODE作為全局變量，其實(shí)就是一個指示的作用，在跳轉(zhuǎn)到main前進(jìn)行模式的切換。

下面的宏定義可能就不太好理解了，這個是一個中斷跳轉(zhuǎn)的工具，到【二】這再解釋。

MACRO

$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel

$HandlerLabel        ;標(biāo)號

sub sp,sp,#4          ;(1)減少sp(用于存放轉(zhuǎn)跳地址)

stmfd sp!,{r0}         ;(2)把工作寄存器壓入棧

ldr     r0,=$HandleLabel   ;將HandleXXX的址址放入r0

ldr     r0,[r0]              ;把HandleXXX所指向的內(nèi)容(也就是中斷程序的入口)放入r0

str     r0,[sp,#4]            ;(3)把中斷服務(wù)程序(ISR)壓入棧

ldmfd   sp!,{r0,pc} ;(4)用出棧方式恢復(fù)r0原值和為pc設(shè)定新值(即完成了到ISR的轉(zhuǎn)跳)

MEND

還有一些，留到后面用到的時候再說。

【二】中斷向量表以及其相關(guān)跳轉(zhuǎn)設(shè)置

在上述定義完成之后就算真正意義來到了函數(shù)的入口處，這里處理的比較復(fù)雜，會有大小

端的處理，因?yàn)閷ξ覀兝斫庖龑?dǎo)代碼沒多少作用，暫且將其簡化處理掉。省略這些之后，其實(shí)入口就是這幾行代碼：

b ResetHandler   ；上電復(fù)位中斷；0x00

b HandlerUndef   ;handlerfor Undefined mode  ;0x04

b HandlerSWI     ;handler for SWI interrupt  ;0x08

b HandlerPabort ;handler for PAbort    ;0x0c

b HandlerDabort ;handler for DAbort    ;0x10

b .                ;其實(shí)是個死循環(huán)   ;0x14

b HandlerIRQ     ;handler for IRQ interrupt  ;0x18

b HandlerFIQ      ;handler for FIQ interrupt  ;0x1c

這就是我們有名的中斷向量表！中斷向量表必須位于啟動代碼的開始部分連續(xù)8*4字節(jié)的連續(xù)空間，它是用戶程序與啟動代碼之間以及啟動代碼的各部分之間聯(lián)系的紐帶。它由一個一個的跳轉(zhuǎn)函數(shù)組成，它就象一個普通的散轉(zhuǎn)函數(shù)，只不過散轉(zhuǎn)的過程中有硬件機(jī)制參與，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常時，ARM 處理器會通過硬件機(jī)制強(qiáng)制將PC 指針指向中斷向量表中對應(yīng)的異常跳轉(zhuǎn)函數(shù)存儲的地址，然后程序會跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序去執(zhí)行。因?yàn)槲覀冮_機(jī)的第一個中斷是上電復(fù)位，所以進(jìn)來之后首先是跳轉(zhuǎn)到ResetHandler中斷函數(shù)里去進(jìn)行一些必要的系統(tǒng)設(shè)置，故在0x00處就是bResetHandler。

對于ARM的中斷，其實(shí)有兩種模式（可通過相關(guān)寄存器設(shè)置）：向量中斷模式和普通中斷模式。簡單的區(qū)分這兩個就是：對于向量中斷模式，當(dāng)中斷發(fā)生時，CPU會跳轉(zhuǎn)到向量表中相應(yīng)中斷類型的表項(xiàng)，直接把中斷服務(wù)例程的起始地址送到PC，這個有個優(yōu)點(diǎn)就是速度快；對于普通中斷模式，在跳轉(zhuǎn)到中斷向量表之后還要進(jìn)行一次跳轉(zhuǎn)查詢，最紅由返回ISR的最紅中斷處理函數(shù)的地址給PC，現(xiàn)在就可以說說【一】中宏定義$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel的作用了。這個宏是用于第一次查表過程的實(shí)現(xiàn)中斷向量的重定向，在_ISR_STARTADDRESS里定義的第一級中斷向量表是采用型如Handle###的方式的，而在程序的開始處采用的是b Handler###的方式，在這里Handler###就是通過HANDLER這個宏和Handle###建立聯(lián)系的.所以在后面其實(shí)還有一段初始化程序作為宏展開。

HandlerFIQ      HANDLER HandleFIQ

HandlerIRQ      HANDLER HandleIRQ

HandlerUndef    HANDLER HandleUndef

HandlerSWI      HANDLER HandleSWI

HandlerDabort   HANDLER HandleDabort

HandlerPabort   HANDLER HandlePabort

這種方式的優(yōu)點(diǎn)就是正真定義的向量數(shù)據(jù)在內(nèi)存空間里,而不是在ENTRY處的ROM空間里,這樣就可以在程序里靈活的改動向量的數(shù)據(jù)了.這段程序用于把中斷服務(wù)程序的首地址裝載到pc中，也可以稱之為“加載程序”。

接著跳轉(zhuǎn)那一塊繼續(xù)說，因?yàn)橥獠恐袛鄮缀醵际峭ㄟ^IRQ引入的（其實(shí)FIQ理論上也可以，但是在linux幾乎用不到），于是便跳到了HandleIRQ，但是此時HandleIRQ又是多少呢，在程序的下面還有一段也必須拿上來說：

ldr r0,=HandleIRQ        ;This routine is needed

ldr r1,=IsrIRQ             ;if there isn't 'subs pc,lr,#4' at 0x18, 0x1c

str r1,[r0]

可見，HandleIRQ和IsrIRQ其實(shí)等價(jià)了！于是可以把IsrIRQ處的處理函數(shù)拿來分析一下：

IsrIRQ

sub sp,sp,#4            ;給PC寄存器保留 reserved for PC

stmfd sp!,{r8-r9}              ;把r8-r9壓入棧

;把INTOFFSET的地址裝入r9， INTOFFSET是一個內(nèi)部的寄存器,存著中斷的偏移

ldr r9,=INTOFFSET

ldr r9,[r9]                  ;I_ISR

ldr r8,=HandleEINT0    ;這就是我們第二個中斷向量表的入口的,先裝入r8

add r8,r8,r9,lsl #2  ;地址對齊，每個中斷向量占4個字節(jié)，即isr = IvectTable + Offeset * 4

ldr r8,[r8]    ;裝入中斷服務(wù)程序的入口

str r8,[sp,#8]   ;把入口也入棧,準(zhǔn)備用舊招

ldmfd sp!,{r8-r9,pc} ;彈出棧,順便把r8彈出到PC了,跳轉(zhuǎn)成功!

【三】初始化硬件

終于可以開始對硬件真正的干涉了，ARM要能形成一個可以供C語言工作的環(huán)境，還要

要干下面的幾件事：

1、 關(guān)看門狗，看門狗是用來解決軟件崩潰的，這里不需要

ldr r0,=WTCON     

ldr r1,=0x0        

str r1,[r0]

2、關(guān)中斷，引導(dǎo)代碼里不需要處理中斷事件，除了上電復(fù)位中斷其它都交給C的主函數(shù)完成

ldr r0,=INTMSK

ldr r1,=0xffffffff 

str r1,[r0]

3、關(guān)子中斷，同上

ldr r0,=INTSUBMSK

ldr r1,=0x7fff  

str r1,[r0]

4、減少PLL的lock time，調(diào)整LOCKTIME寄存器

ldr r0,=LOCKTIME

ldr r1,=0xffffff

str r1,[r0]

5、設(shè)定PLL，這個直接關(guān)系到板子的快慢，不過也不是越快越好，除了要考慮功耗外還要滿足下面的公式：

Fpllo=(m*Fin)/(p*2^s)

m=MDIV+8,p=PDIV+2,s=SDIV（1<=P<=62, 1<=M<=248）

Fpllo必須大于200Mhz小于600Mhz

Fpllo*2^s必須小于1.2GHz

PLLCON設(shè)定中的M_DIV P_DIV S_DIV是取自option.inc中的

6、設(shè)置系統(tǒng)存儲寄存器，其中SMRDATA在程序段的后面有詳細(xì)描述，這里知道作用就好

adrl r0, SMRDATA 

ldr r1,=BWSCON  ;BWSCON Address

add r2, r0, #52  ;SMRDATA數(shù)據(jù)的結(jié)束地址,共有52字節(jié)的數(shù)據(jù)

0

ldr r3, [r0], #4

str r3, [r1], #4

cmp r2, r0

bne %B0  ;%表示搜索，B表示反向-back(F表示向前-forward)，0為局部標(biāo)號(0~99)

【四】 初始化堆棧

ARM 有7 種模式，用戶模式，快速中斷模式，中斷模式，管理模式，中止模式，未定義模式和系統(tǒng)模式。系統(tǒng)堆棧的初始化主要是給各個處理器模式分配堆棧空間。堆棧是為中斷或程序跳轉(zhuǎn)服務(wù)的，當(dāng)發(fā)生中斷或程序跳轉(zhuǎn)時，需要將當(dāng)前處理器的狀態(tài)及一些參數(shù)保持在堆棧中，當(dāng)中斷處理完畢以后或程序執(zhí)行完后返回時，再將堆棧保存的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，以保證原來的程序正確運(yùn)行。在【一】中已經(jīng)提到了一些與堆棧有關(guān)的變量定義。可以這樣簡單說，堆棧的初始化分為兩個步驟：1、指定堆棧的位置和大小，這些在【一】中已經(jīng)完成了；2、將各個模式下的堆棧指針指向相應(yīng)的棧，下面做的就是這個工作。

InitStacks

mrs r0,cpsr

bic r0,r0,#MODEMASK

orr r1,r0,#UNDEFMODE|NOINT

msr cpsr_cxsf,r1  ;UndefMode

ldr sp,=UndefStack  ; UndefStack=0x33FF_5C00

orr r1,r0,#ABORTMODE|NOINT

msr cpsr_cxsf,r1  ;AbortMode

ldr sp,=AbortStack ; AbortStack=0x33FF_6000

orr r1,r0,#IRQMODE|NOINT

msr cpsr_cxsf,r1  ;IRQMode

ldr sp,=IRQStack  ; IRQStack=0x33FF_7000

orr r1,r0,#FIQMODE|NOINT

msr cpsr_cxsf,r1 ;FIQMode

ldr sp,=FIQStack ; FIQStack=0x33FF_8000

bic r0,r0,#MODEMASK|NOINT

orr r1,r0,#SVCMODE

msr cpsr_cxsf,r1 ;SVCMode

ldr sp,=SVCStack  ; SVCStack=0x33FF_5800

注：仔細(xì)看看發(fā)現(xiàn)沒有初始化user模式下的堆棧，為什么呢？很明顯嘛，你一開始就運(yùn)行在了user模式下了！

【五】C主函數(shù)接管前的數(shù)據(jù)搬移及入口設(shè)定

其實(shí)一直還有個東西沒說，這個在進(jìn)入代碼段前就定義了，我提到了，后面用到會詳細(xì)說，

現(xiàn)在是時候了。在【一】時用IMPORT偽指令引入了|Image

RO

RO

Base|  |Image

RO

RO

Limit|...這些變量是通過ADS、RVDS，MDK等工具的工程設(shè)置里面設(shè)定的RO Base和RW Base設(shè)定的,這個應(yīng)該有印象，可能很多人感覺這個沒用，其實(shí)很有用呢！那為什么要引入這玩意呢，最簡單的用處是可以根據(jù)它們拷貝自己，這些變量是編譯器生成的。

RO,RW, ZI這三個段都保存在Flash中，但RW，ZI在Flash中的地址肯定不是程序運(yùn)行時變量所存儲的位置，因此我們的程序在初始化時應(yīng)該把Flash中的RW，ZI拷貝到RAM的對應(yīng)位置。一般情況下，我們可以利用編譯器替我們實(shí)現(xiàn)這個操作。比如我們跳轉(zhuǎn)到main()時，使用 b  __Main,編譯器就會在__Main和Main之間插入一段匯編代碼，來替我們完成RW，ZI段的初始化。 如果我們使用b  Main， 那么初始化工作要我們自己做。編譯器會生成如下變量告訴我們RO，RW，ZI三個段應(yīng)該位于什么位置，但是它并沒有告訴我們RW，ZI在Flash中存儲在什么位置，實(shí)際上RW，ZI在Flash中的位置就緊接著RO存儲。

IMPORT  |Image

RO

RO

Base| ; Base of ROM code

IMPORT  |Image

RO

RO

Limit|  ; End of ROM code (=start of ROM data)

IMPORT  |Image

RW

RW

Base|   ; Baseof RAM to initialise

IMPORT  |Image

ZI

ZI

Base|   ; Base and limit of area

IMPORT  |Image

ZI

ZI

Limit| ; to zero initialize

在程序的最后，通過下面的代碼就可以進(jìn)入main()了。

[ :LNOT:THUMBCODE;ifthumbcode={false} bl main   L代表logic變量

     bl Main       ;Don't use main() because ......

     b .           ;注意小圓點(diǎn)         

 ]

 [ THUMBCODE        ;for start-up code for Thumb mode

     orr lr,pc,#1

     bx lr

     CODE16

     bl Main        ;Don't use main() because ......

     b .          ;注意小圓點(diǎn)

     CODE32

 ]

現(xiàn)在，就可以順便回顧下【一】中提到的THUMBCODE了，這不就是一個指示的作用嗎？！

【后記】總的來說，ARM光初始化都要這樣折騰，如果這個都折騰會了，后面的就慢慢來吧！